基于反演法的牽引式滑坡治理設(shè)計及施工

盧平

(成都理工大學(xué)，四川成都 610059)

基于反演法的牽引式滑坡治理設(shè)計及施工

盧平

(成都理工大學(xué)，四川成都 610059)

國道213線K193+060～190滑坡系由公路路塹開挖引起的牽引式滑坡。由于滑坡已經(jīng)滑動，用勘探提供的滑動面力學(xué)參數(shù)計算的滑坡推力與實際滑坡狀態(tài)不符。為此，設(shè)計滑動面力學(xué)參數(shù)時應(yīng)由滑動后清方減載前的坡體極限平衡法確定，即反算法。同時介紹了主要工程治理措施及施工技術(shù)。

牽引式滑坡;滑坡治理;錨索;設(shè)計計算;反演法

0 引言

在山區(qū)進行的公路切方邊坡中，會遇到大量的牽引式滑坡。牽引式滑坡往往是滑坡前緣由于侵蝕或人工削坡，造成坡面變陡以致失穩(wěn)，在后緣引起裂縫，隨著變形的發(fā)展，后緣以后的斜坡體也產(chǎn)生變形失穩(wěn)，出現(xiàn)新的滑動，從而導(dǎo)致滑坡體向后向上發(fā)展，最終形成一個面積較大且相對穩(wěn)定的坡面。牽引式滑坡滑動后形成的邊坡是否穩(wěn)定關(guān)系到工程是否能夠順利進行和安全使用，而評價邊坡是否穩(wěn)定的關(guān)鍵依據(jù)是邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。

在我國，研究滑坡地質(zhì)災(zāi)害的基本技術(shù)路線是首先進行地質(zhì)勘察和勘探，得到一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息和巖土體的力學(xué)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上利用規(guī)范明確規(guī)定的極限平衡分析方法或者基于有限元的強度折減法計算出斜坡體的安全系數(shù)，根據(jù)安全系數(shù)大小判斷斜坡是否需要治理。其中極限平衡理論是較早應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定分析的，并發(fā)展出了一系列的不同計算方法，不少學(xué)者致力于改進這一方法。J.M.Duncan綜述了極限平衡法;陳祖煜等發(fā)展了三維的極限平衡法:朱大勇和錢七虎通過求解高次方程將極限平衡方法的分析更為理論化;鄭穎人等全面介紹有限元強度折減法的應(yīng)用，并比較了不同強度準則條件下該方法計算結(jié)果的差異;L.Jin總結(jié)了有限元和離散元法。他們的努力方向大致有2個:一是探索最危險圓弧的位置，編制數(shù)表、曲線，以減少工作量;另一是研究滑裂面的形狀(潘家錚，1980)。

本文研究對象由于已經(jīng)滑動，用勘探提供的滑動面力學(xué)參數(shù)計算的滑坡推力與實際滑坡狀態(tài)不符。因此在設(shè)計滑動面力學(xué)參數(shù)時應(yīng)由滑動后清方減載前的坡體極限平衡法(反算法)確定，然后根據(jù)反算法所得的力學(xué)參數(shù)對滑坡體在天然工況和連續(xù)降雨工況下進行穩(wěn)定性分析，并提出治理方案。

1 工程概況

滑坡位于松潘縣北西約39 km的哲波河上游尕里臺支溝右岸Ⅰ級階地邊緣谷坡中下部，擬建線路里程K193+060～190 m路段處，屬松潘縣元壩鄉(xiāng)所轄。老國道213線從滑坡北下側(cè)約200 m處通過，擬建的213國道直通滑坡區(qū)內(nèi)。

滑坡地處線路左側(cè)斜坡中下部，坡長約111 m，坡高約61.36 m，沿公路前緣寬120 m。坡面形態(tài)不規(guī)則，后緣平臺處平均地形坡度8°～20°，中后部為32°、中前部為45°，滑坡地形總體呈下陡上緩的趨勢，前后緣高差61.4 m?；轮芙缁拘纬桑粚ΨQ，周界在平面上似“馬蹄型”。

該滑坡主滑方向與該路段走向呈76°斜交，主軸線上滑體長111 m，前緣寬110 m，中部寬80 m，后部寬45 m，面積約0.71萬m2，鉆孔揭露滑體土平均厚度13.54 m，體積約9.6萬m3，屬中型滑坡，見圖1。

圖1 國道213線K193+060滑坡全貌

2 地貌特征

滑體土前部厚度遠大于滑體后部厚度，而在新建路面處的滑體前緣下部，又是軟弱的強風(fēng)化泥質(zhì)板巖，板巖遇水易泥化，強度降低，便在路面處形成滑坡體的剪出口。滑體土在主滑剖面2號上最厚，厚度為9.2～20.3 m，而向兩側(cè)土體厚度逐漸變小，分別是左側(cè)為7.6～17.2 m，右側(cè)為8.1～13.5 m。滑坡左側(cè)滑體厚度大于右側(cè)，與左側(cè)裂縫錯落高度大于右側(cè)裂縫錯落高度相對應(yīng)。

3 地層巖性

3.1 第四系全新統(tǒng)松散堆積層(Q4)

(1)第四系全新統(tǒng)松散堆積層:主要有殘坡積層、沖洪積層、滑坡堆積和人工填筑層。

(2)人工填筑層(Q4me):主要分布在擬建公路淺部及路基填方段，為修筑公路時的填土及棄土。主要由塊碎石土、角礫土組成，充填砂粘土，棄土呈稍濕、松散狀，填方段經(jīng)機具逐層壓實呈中密～密實狀，稍濕，厚度2～10 m。

(3)坡殘積層(Q4dl+el):較廣泛分布于斜坡及山間凹地，巖性主要為碎石土、角礫粉質(zhì)粘土，局部為碎石土中含塊石，碎石土含10%～20%分布不均的粉質(zhì)粘土。呈褐黃、灰黃色，稍濕，松散～稍密。石質(zhì)成分為強風(fēng)化的變質(zhì)砂巖、板巖，多呈棱角狀、次棱角狀，分選差，沿坡面成似層狀堆積。厚度2～14.6 m。

(4)滑坡堆積層(Q4del):分布于滑坡區(qū)，主要為褐黃、灰黃色，巖性主要為碎石土、角礫粉質(zhì)粘土，夾塊石，多充填砂土，碎石土含10%～20%分布不均的粉質(zhì)粘土。石質(zhì)成分為強風(fēng)化的變質(zhì)砂巖、板巖，顆粒多呈棱角狀、次棱角狀，分選差，呈稍密～松散狀，稍濕，土層結(jié)構(gòu)不均，各粒徑組成常因堆積部位不同含量及厚度差異較大。本次勘查鉆孔揭露厚度4.8～9.2 m。

(5)沖洪積層(Q4al+pl):分布于斜坡前緣外側(cè)Ⅰ級階地，巖性上部主要為角礫質(zhì)粉、角礫土夾塊碎石;中下部主要為卵石土、圓礫土，局部夾礫砂土及砂粘土，偶含漂石。厚度10～30 m。

3.2 三疊系上統(tǒng)雜谷腦組(T3z)

褐黃、灰、深灰及灰黃色淺變質(zhì)砂巖夾泥質(zhì)板巖，變余砂狀及泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄至中厚層及板狀構(gòu)造，具平行及水平層理，變質(zhì)不深，原巖結(jié)構(gòu)基本可認。淺變質(zhì)砂巖巖質(zhì)較堅硬，性脆，因構(gòu)造和風(fēng)化作用影響，多呈碎裂結(jié)構(gòu);板巖巖質(zhì)較軟，板理發(fā)育，失水后易裂紋崩解，據(jù)鉆孔揭露，其巖心多為片狀、角礫狀，風(fēng)化強烈時多呈土狀。巖體受構(gòu)造影響，裂隙極發(fā)育，又地處高寒區(qū)溫差大，巖體風(fēng)化強烈，深度較大，僅鉆孔(ZK6)揭露到中風(fēng)化，其巖體強度低，質(zhì)量差，質(zhì)量等級為Ⅴ。

4 滑坡分析及設(shè)計計算

4.1 形成因素分析

該滑坡的形成與發(fā)展主要受地形、基巖巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降水、人類工程活動等因素的控制，后兩者為主導(dǎo)因素。

工程地質(zhì)調(diào)查及鉆探證實，滑坡所處地形總體較陡，滑坡體所在的基巖受構(gòu)造影響強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，基巖又以薄～中層狀變質(zhì)砂巖與泥質(zhì)板巖不等厚互層組成，層間結(jié)合差，砂巖被節(jié)理切割成5 cm×10 cm～20 cm×40 cm的碎塊，屬碎裂結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，邊坡巖體松弛，裂隙寬大，如ZK7在孔深16.4～16.7 m處揭露到0.3 m厚的裂隙充填物細砂。泥質(zhì)板巖抗風(fēng)化能力極弱，遇水易軟化，強度極低，巖體屬散體結(jié)構(gòu)。在風(fēng)化力作用下，砂巖裂隙變寬，板巖泥化，以致巖體結(jié)構(gòu)松弛，強度下降，促進了軟弱結(jié)構(gòu)面相互發(fā)展貫通，粘土也隨降雨侵入坡體結(jié)構(gòu)面構(gòu)成潤滑介質(zhì)。上述因素為基巖滑坡形成建立了必要的條件。

圖2 滑坡體前緣碎裂結(jié)構(gòu)的砂巖

213線路基在該處是以挖方形式穿越斜坡，由于挖方即形成臨空面，同時又削減了邊坡的抗滑力。2007年4～6月的連續(xù)降雨全部沿松散的土層下滲，增大了巖土的重度，又降低了軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，誘使坡體失去平衡下滑變形。

綜上所述表明，前緣開挖和地下水的共同作用是滑坡形成的主導(dǎo)因素。

4.2 滑坡破壞方式

分析認為，滑坡變形主要是前部坡體失穩(wěn)向前滑移，進而牽動后部土體滑動，這種滑動過程經(jīng)歷多次，并逐級向外擴展，形成漸進牽引式滑坡，目前滑坡已經(jīng)滑動，處于新的相對平衡狀態(tài)。

4.3 清方減載

滑坡滑動后，為防止其進一步下滑，對滑坡進行清方減載，如圖3所示。

在清方減載前滑坡已經(jīng)滑動，這就相當(dāng)于野外1∶1的現(xiàn)場試驗?；瑒忧盎绿幱诟吣芰繝顟B(tài)，滑動后滑坡釋放勢能，處于低能量狀態(tài)。假設(shè)在該低能量狀態(tài)下滑坡處于極限平衡，即安全系數(shù)為1.0，反求滑動面的力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1滑動面(帶)抗剪強度指標(biāo)(反算法)

4.4.3 穩(wěn)定性評價

對于2號主滑面，采用表1參數(shù)，c=60 kPa，φ =16.170°，計算各種工況的安全系數(shù)列于表2。

表2 各種工況的穩(wěn)定性評價

圖3 清方減載前后2號主滑斷面圖

4.4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.4.1 巖土物理力學(xué)參數(shù)

滑動面上部碎石土:天然重度γ1=20 kN/m3，飽和容重 γs=21.60 kN/m3;抗剪強度:c1=9.5 kPa，φ=20°。

滑動面上部巖體:天然重度γ1=26.2 kN/m3，飽和容重γs=26.5 kN/m3。

滑動面下部強風(fēng)化變質(zhì)砂巖抗剪強度:C1=60 kPa，φ=26°。

滑體穩(wěn)定性評價若采用地勘提供的以上物理力學(xué)指標(biāo)計算，則卸載后滑坡2號主滑面天然狀況下的滑坡剩余下滑力為1490 kN/m，但滑坡現(xiàn)實狀況為平衡狀態(tài)，說明對已經(jīng)滑動后的滑坡，滑動面力學(xué)參數(shù)應(yīng)由反算法確定更為真實合理。

4.4.2 反算法確定滑動面力學(xué)參數(shù)

清方減載后，滑坡仍然處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進行進一步加固治理。

4.5 滑坡推力的計算

根據(jù)表1滑動面力學(xué)參數(shù)和地勘提供的滑體物理參數(shù)，計算卸載后的滑坡推力見表3。

表3 滑坡推力計算匯總表 kN/m

綜合考慮各種不利于滑坡穩(wěn)定的因素和工程經(jīng)驗，設(shè)計時采用表3中的設(shè)計滑坡推力值。

5 主要工程措施及施工技術(shù)

5.1 工程措施

(2)滑坡后緣適當(dāng)清方卸載，減少下滑力。坡腳設(shè)置2.5 m×6.0 m重力式擋土墻。

(3)滑坡周界處設(shè)置坡頂矩形截水溝，過水凈截面0.6 m×0.6 m，邊坡平臺采用M7.5漿砌片石厚0.25 m封閉，每級平臺均設(shè)置0.4 m×0.4 m矩形截水溝。

(5)滑坡周圍的裂縫用粘土夯填封閉。

2號主滑動面工程布置見圖4，滑坡治理工程布置見圖5。

5.2 錨索施工技術(shù)

5.2.1 準備工作

在錨索施工前3天施工相關(guān)人員、設(shè)備進場，進行必要的水、電管線布設(shè)，鋼管腳手架，工作平臺的搭設(shè)及鉆機設(shè)備的組裝調(diào)試等前期準備工作，對錨索施工所需的材料如鋼絞線、墊塊及錨頭等材料提前制作加工，進場后立即對施工所需材料進行相關(guān)的檢驗工作，保障施工中使用合格的貨源，提前做好用于張拉千斤頂?shù)臉?biāo)定工作。并做好施工人員的安全教育工作。

5.2.2 工藝流程(圖6)

(1)鉆機就位。根據(jù)支護設(shè)計及相關(guān)規(guī)范的要求，擋土墻頂至第一排錨索標(biāo)高以下50 cm內(nèi)，平整作業(yè)面范圍內(nèi)場地，安裝鉆機就位，鉆機下面應(yīng)墊枕木，保證其平整度。采用羅盤測量鉆桿角度，控制誤差在±2°以內(nèi)。鉆機安裝要求牢固，施工中不得產(chǎn)生移位現(xiàn)象。

圖4 2號主滑動面工程布置圖

圖5 滑坡治理工程平面布置圖

(2)鉆孔、清孔。錨索鉆孔設(shè)備采用XY－2型鉆機，鉆孔位置、孔深、孔徑及鉆孔傾角均應(yīng)滿足要求。成孔直徑為150 mm，在滑坡區(qū)砂土地段開孔用鋼套管跟進至穿過砂土層1～2 m處，以防塌孔。在無砂土層套管跟進至1～3 m，起導(dǎo)向、定位作用。錨索實際鉆孔深度要比規(guī)范要求深度長0.5 m，以保證錨索推送到位。鉆孔采用三翼鉆頭配高壓泥漿泵回轉(zhuǎn)鉆進方式，鉆進時采用泥漿循環(huán)護孔。反復(fù)循環(huán)，對孔口流出的泥漿不斷清除殘渣。遇含砂層時應(yīng)加大泥漿密度，以防塌孔。鉆孔達到要求的深度后，繼續(xù)超鉆20～30 mm，鉆孔完畢后，反復(fù)用泥漿清孔，以清除孔內(nèi)泥渣等殘留物。當(dāng)遇有嚴重塌孔時，以致錨索送不進去，應(yīng)拔出錨索，二次鉆進、清孔，切不可強行插入;若孔內(nèi)滲水量大或者鉆孔穿過砂土層時，拔出鉆桿，改用套管鉆孔，成孔后應(yīng)立即進行注漿。

(3)錨索制作。用采購的鋼絞線現(xiàn)場制作，鋼絞線的下料長度=錨索設(shè)計長度+錨頭厚度0.8 m長度，錨索在組裝架上組裝，組裝前仔細檢查鋼絞線是否平直、完整。剔去帶銹和含有齒痕的鋼絞線。錨索組裝結(jié)構(gòu)采用棗核形，依次為導(dǎo)向帽、架線環(huán)(對中支架)、束線環(huán)(內(nèi)錨固段)、隔離波紋管、對中支架(自由段)。注漿管沿全長設(shè)置，因按要求采用二次注漿法，二次高壓注漿管應(yīng)設(shè)置在錨索中間，以保證錨索在鉆孔內(nèi)居中，保證一定厚度的砂漿保護層(不小于2 cm)。

圖6 錨索施工工藝流程

(4)安放錨索。錨索在向孔內(nèi)安裝就位前，要重新檢查鉆孔是否符合要求，檢查錨索各部的位置是否正確，捆扎是否牢固，經(jīng)檢查合格的錨索即可向孔內(nèi)安裝，安裝過程還要觀察錨索送入孔內(nèi)是否暢通，如果發(fā)現(xiàn)錨索送入鉆孔內(nèi)困難，必須將錨索取出重新鉆孔安裝。安放錨索時，應(yīng)防止扭曲壓彎，注漿管隨錨桿一同放入孔內(nèi)，管端距孔底為50～100 mm，桿體放入角度與鉆孔傾角保持一致，且插入孔內(nèi)深度不應(yīng)小于錨索長度的95%，安放好后桿體始終處于鉆孔中心。下錨時在注漿管與錨頭齊平處作一標(biāo)記，下錨時抓住錨索與注漿管一齊下，以防止注漿管脫落。下錨完畢，再次檢查錨索與注漿管是否齊平，若發(fā)現(xiàn)注漿管被拉出，應(yīng)拔出錨索，重新下錨。

(5)再次清孔。下錨完畢后，改用大泵量清水清孔，置換出孔內(nèi)泥漿，直至孔口流出清水為止。

(6)錨索注漿。錨索注漿是錨索施工的關(guān)鍵技術(shù)，注漿的質(zhì)量決定了錨索的拉拔力。清孔完畢后，連接好注漿泵與預(yù)埋的注漿管，同時按要求制備好水泥漿，進行注漿，采用底部注漿工藝，壓力灌入水灰比為0.45的42.5R普通硅酸鹽水泥凈漿。注漿壓力為0.5～1.0 MPa。水泥漿過篩，整個灌漿過程必須連續(xù)，一邊灌漿一邊拔出注漿管，拔管的過程中必須保證注漿管始終埋在水泥漿內(nèi)，一直到孔口流出水泥漿為止，方可終止注漿。為提高水泥漿的早期強度，可加入0.03%的三乙醇胺。灌漿完畢后，拔出注漿管應(yīng)立即清洗灌漿設(shè)備。

(7)張拉與鎖定。預(yù)應(yīng)力錨索在注漿10天后可進行張拉，分5級張拉至要求值并鎖定，即正式張拉前，先取0.1倍的要求的軸向力預(yù)先張拉，使其各部位緊密接觸，張拉荷載按要求荷載的0.1F→0.25F→0.5F→0.75→1.0F→1.2F逐級加荷(其中F為要求的軸向力)，每級荷載的觀察時間≮5 min，并應(yīng)等變形穩(wěn)定后，方可進行下一級荷載的張拉。張拉腰梁的承壓面應(yīng)平整，并與錨索的軸線方向垂直。錨索張拉之前，須對千斤頂、油壓表和高壓油泵進行系統(tǒng)標(biāo)定，采用整體張拉方式張拉錨索。

該滑坡治理后經(jīng)歷了多次降雨及地震，證明治理措施得當(dāng)，效果顯著，保證了國道213線的通暢。

6 結(jié)論

(1)該滑坡為由于邊坡坡腳公路開挖及雨水軟化坡體引起的牽引式滑坡。

(2)地勘提供的滑動面力學(xué)參數(shù)未能夠客觀反映滑動面的實際狀況。

(3)邊坡滑動后，滑動面的力學(xué)參數(shù)應(yīng)由反算法求得。這種方法獲得的參數(shù)更符合邊坡的實際受力狀態(tài)。

(4)邊坡滑動前處于高勢能狀況，滑動后能量釋放，到達新位置，處于低能量狀態(tài)，進入相對穩(wěn)定階段。

(5)本工點處于高寒地區(qū)，年溫差達60℃，主要是耐久性控制鋼筋混凝土地梁尺寸的設(shè)計。

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Design of Retrogressive Landslide Control by Inversion Algorithm and the Construction

LU Ping(Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China)

The retrogressive landslide was caused by the cutting of highway at K193+060 of national highway 213.After the landslide，it was found that the landslide thrust calculated with mechanical parameters of sliding surface by exploration were inconsistent with practical sliding state.The mechanical parameters of sliding surface should be designed by slope body limit equilibrium method before earth removal，which is inversion algorithm.The paper introduced the main engineering treatment methods and construction technologies.

retrogressive landslide;landslide control;anchor cable;design calculation;inversion algorithm

U416.1

A

1672－7428(2012)06－0072－05

2011－07－30;

2012－05－08

盧平(1969－)，男(漢族)，四川自貢人，成都理工大學(xué)在讀博士生、高級工程師，地質(zhì)工程專業(yè)，從事工程建設(shè)與管理工作，四川省成都市武侯區(qū)大石西路231號雅然居D幢701室(610041)，luping7760@163.com。